Измеритель характеристик ультразвуковых преобразователей

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ («)792611 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.10.78 (2! ) 2бб825б/18.10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

3 (51)М. Кл.

Н 04 R 29/00

6 01 и 29/00

9кударотаеииьб) комитет

СССР аю лолам изобретеиий и открытий

Опубликовано З0 12 80 Бюллетень ¹ 48

Дата опубликования описания 30.12.80 (53) УД К534.22 (088.8) (72) Автор изобретения

П.— Б.П. Милюс

Каунасский политехнический институт им. Аитанаса Снечкуса (7!) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ХАРАКТЕРИСТИК УЛЬТРАЗВУКОВЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Изобретение относится к области испытаний пьезоэлектрических преобразователей и может найти применение в гидроакустике и дефектоскопии.

Известен измеритель степени механического демпфирования ультразвуковых пьезопреобраS зователей, в котором определяется скорость ультразвука и плотность демпфируюшей массы и по полученным результатам вычисляется акустическое сопротивление демпфера, а тем

10 самым и степень механического демпфирования пъезопреобразователя (1).

Недостатком этого измерителя является низкая точность определения степени механического демпфирования пьезоэлектрического преоб15 разователя в зависимости от весовой концентрации наполнителя демпфируюшей массы. Это вызвано тем, что волновое акустическое сопротивление демпфера от весовой концентрации иаполнителя определяется с низкой точностью по приближенным выражениям.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является измеритель характеристик ультразвуковых преобразователей, содержащий генератор радиоимпульсов, образцовый пьезопреобразователь, первый и второй коммутаторы, модулятор, выходы которого соединены с генератором радиоимлульсов, и с коммутаторами, компенсирующую индуктивность, измеритель отношения амплитуд, входы которого соединены с выходами второго коммутатора, и Индикатор (2).

Недостатком измерителя является ограниченность его функциональных возможностей, так как оно может измерять только одну характеристику преобразователя — коэффициент электромеханической связи.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измерения степени демпфирования преобразователей.

Поставленная цель достигается тем, что измеритель характеристик ультразвуковых преобразователей снабжен источником опор ного напряжения и дифференцирующнм каскадом, вход которого соединен с выходом измерителя отношения амплитуд, а выходы— соответственно с входами источника опорного

3 напряжения и индикатора, при этом входом устройства являются входы первого коммутатора, выход которого через усилитель соединен с входом второго коммутатора, а компенсирующая индуктивность подключена к S одному из выходов первого коммутатора параллельно входу первого коммутатора.

На чертеже изображена структурная схема измерителя степени механического демпфирования ультразвукового пьезопреобразователя.

7926)1 4 сов 9 коэффициент передачи его выражается

4е

О cU 5(Z +2 где 0 — диэлектрическая проницаемость пьезоэлектрической пластинки при постоянной деформации;

Ез — волновое акустическое сопротив10 ление рабочей среды.

Сигнал на выходе исследуемого пьезопреобразователя 4 в этом случае соответствует коэффициенту передачи электрически ненагруженного пьезоприемника на антирезонансной частоте.

Модулятор 2 управляет работой генератора

1 радиоимпульсов и коммутаторов 5, 8 таким

20 образом, что во время первого радиоимпульса параллельно к исследуемому пьеэопреобраэователю 4 подключается индуктивность 6, а во время второго радиоимпульса он подключается беэ компенсирующей цели к входу усилителя 7. Соотношения амплитуд электричес25 ких сигналов в первом и во втором случаях на выходе второго коммутатора 8 соответствует соотношению коэффициентов передачи исследуемого пьезопреобразователя 4, т.е. и, к» (к+к)

0 К 4К

Ея где К = К вЂ” коэффициент электро о

35. механической связи исследуемого пьезопреобразователя. Степень механического демпфирования исследуемого пьезопреобразователя 4 выражается

40 где Z и Zp — соответственно волновые аку4 стические сопротивления демпфера и пьезоматериала, Напряжение на выходе измерителя отношения амплитуд радиоимпульсов является

z.

lIpOIlOpIIHDHabbbIbIM ц b bbpbb

ФК 0 ь= о помощи источника 11 опорного напряжения устанавливается напряжение V =K>. Иэ разности напряжений Оз — 04 определяется степень

55 механического демпфирования исследуемого пьезопреобразователя 4

К, = 0э-04 = 4К = 0 /U,-К, Если в качестве рабочей среды применяется вода К =О,05 и измеряется К1 керамичесИзмеритель содержит последовательно электроакустически соединенные генератор 1 радиоимпульсов, модулятор 2, широкополосный . пьезоизлучатель 3, исследуемый пьезопреобразователь 4, первый коммутатор 5, компенсирующая индуктивность 6, усилитель 7, второй коммутатор 8, измеритель 9 отношения амплитуд радиоимпульсов, дифференциальный каскад 10, источник 11 опорного напряжения, и индикатор 12 напряжения. К второму входу дифференциального каскада 10 подключен источник 11 опорного напряжения. Параллельно исследуемому пьезопреобразователю 4 к второму выходу первого коммутатора 5 подключена индуктивность 6. Модулятор 2 соединен с управляющими входами первого 5 и второго 8 коммутаторов и генератора 1 радиоимпул ьсов.

Устройство работает следующим образом.

Из генератора 1 радиоимпульсов на широкополосный пьезоизлучатель 3 подаются радио. импульсы, частота заполнения которых равна антирезонансной частоте исследуемого пьезопреобразователя 4. Излучаемые ультразвуковые импульсы принимаются исследуемым пьезопреобразователем 4. Коэффициент передачи исследуемого пьезопреобразователя 4 без переходного слоя при полной компенсации емкости зажатой пьезопластинки Со, т.е. когда

1 параллельно пьеэопреобразователю 4 подключается индуктивность 6, величина которой подбирается исходя из условий ыД =1/ oCo, ы = 2п fp jo — антирезонансная частота исследуемого пьезопреобразователя 4 выражается

Kp = —e,,где е — пьезоэлектрическая постоянная; 6 — толщина пьезопластинки, В пьезопрнемнике 4 акустические импульсы преобразуются в радиоимпульсы и через первый выход первого коммутатора 5, усилитель 7 и первый выход второго коммутатора 8 поступают на первый вход измерителя 9 отношения амплитуд радиоимпульсов.

При подключении исследуемого пьезопреобразователя 4 без компенсирующей индуктивности 6 через усилитель 7 и второй выход второго коммутатора к второму входу измерителя отношения амплитуд радиоимпульК,=ФК -К = — y

uf

02 2 Zo

Формула изобретения

Измеритель характеристик ультразвуковых преобразователей, содержащий генератор радиоимпульсов, образцовый пьеэопреобраэователь, первый и второй коммутаторы, модулятор, выходы которого соединены с генератором

5 7926 ких (ETC — 19) пьеэопреобразователей (Кт =

= 0,45), в этом случае К,=0,81 — — 0,05, Uq

0 »

Из этого следует, что если укаэанный цикл работы предлагаемого измерителя повторяется периодически (частота цикла измерений задается модулятором 2) индикатор 12 напряжения подключенный к выходу дифференциального каскада 10 непрерывно регистрирует окончательный результат, т.е. степень механического демпфирования ультразвукового пьеэопреобразователя.

Предлагаемый измеритель обеспечивает непрерывное измерение степени механического демпфирования ультразвуковых пьезопреобразователей с большой точностью (1 — 2%) как в лабораторных, так и в производственных условиях. Измеритель может найти применение в дефектоскопии, гидроакустике и в других областях ультразвуковой контрольно-измерь тельной техники. 20 радиоимпульсов и с коммутаторами, компен- сирующую индуктивность, измеритель отношения амплитуд, входы которого соединены с выходами второго коммутатора, и индикатор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерения степени демпфирования преобразователей, он снабжен источником опорного напряжения и дифференцирующим каскадом, вход которого соединен с выходом измерителя отношения амплитуд, а выходы — соответственно с. входами источника опорного напряжения и индикатора, при этом входом устройства является вход первого коммутатора, выходы которого через усилитель соединены со входом второго коммутатора, а компенсирующая индуктивность подключена к одному из выходов первого коммутатора параллельно входу первого коммутатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Меркулова В. М. Акустические свойства некоторых твердых гетерогенных сред на ультразвуковых частотах. Акустический журнал, 1965, N 1, с. 68 — 73.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке

Н 2596376/10, кл. G 01 N 29/00, 1978. (прототип) .

ВНИИПИ Заказ 9622/66 Тираж 729 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4